Việc chế tạo máy dán băng keo tự động, được thiết kế thay cho sản xuất thủ công, nhằm tăng năng suất sản xuất, đảm bảo chất lượng, tránh bị trầy xước, đảm bảo tính mỹ thuật là đòi hỏi cấp thiết trong thực tế sản xuất của công ty Lixil (100% vốn Nhật Bản). Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy dán băng keo tự động, thiết bị bao gồm cụm cơ cấu lưu trữ và cấp chi tiết (Input), cụm cơ cấu dẫn hướng và dán băng keo, cụm cơ cấu cắt băng keo và cuối cùng là cụm cơ cấu thoát thành phẩm (Output). Các khâu tự động hóa đưa vào máy gồm điều khiển bằng biến tần, động cơ AC và AC servo để luôn giữ vị trí cắt chính xác giữa 2 thanh nhôm là 5cm, các xi lanh giúp giữ chặt thanh nhôm và các cảm biến dùng để xác định chính xác vị trí của các thanh nhôm. Kết quả nghiên cứu và chế tạo đã được chuyển giao và hoạt động tại doanh nghiệp với năng xuất 30mphút, gấp 4 lần so với sản xuất thủ công, đồng thời giảm 4 nhân công thực hiện bằng tay. Thiết bị dễ vận hành, độ chính xác và tính thẩm mỹ của sản phẩm cao, giá thành thấp hơn các thiết bị cùng chức năng
JSLHU JOURNAL OF SCIENCE OF LAC HONG UNIVERSITY ISSN 2525-2186 https://tapchikhoahoc.lhu.edu.vn/ Tạp chí Khoa học Lạc Hồng; 2022, x, x-y THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY DÁN BĂNG KEO TỰ ĐỘNG Design and Manufacture of Automatic Tape Gluing Machine Phạm Văn Toản1*, Huỳnh Đức Chấn1* 1* Khoa Cơ Điện-Điện Tử, Trường Đại Học Lạc Hồng, Số 10, Đường Huỳnh Văn Nghệ, Biên Hịa, Đồng Nai, Việt Nam toan@lhu.edu.vn; huynhducchan@lhu.edu.vn TĨM TẮT: Việc chế tạo máy dán băng keo tự động, thiết kế thay cho sản xuất thủ công, nhằm tăng suất sản xuất, đảm bảo chất lượng, tránh bị trầy xước, đảm bảo tính mỹ thuật địi hỏi cấp thiết thực tế sản xuất công ty Lixil (100% vốn Nhật Bản) Bài báo trình bày kết nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy dán băng keo tự động, thiết bị bao gồm cụm cấu lưu trữ cấp chi tiết (Input), cụm cấu dẫn hướng dán băng keo, cụm cấu cắt băng keo cuối cụm cấu thoát thành phẩm (Output) Các khâu tự động hóa đưa vào máy gồm điều khiển biến tần, động AC AC servo để ln giữ vị trí cắt xác nhơm 5cm, xi lanh giúp giữ chặt nhôm cảm biến dùng để xác định xác vị trí nhôm Kết nghiên cứu chế tạo chuyển giao hoạt động doanh nghiệp với xuất 30m/phút, gấp lần so với sản xuất thủ công, đồng thời giảm nhân công thực tay Thiết bị dễ vận hành, độ xác tính thẩm mỹ sản phẩm cao, giá thành thấp thiết bị chức Từ khóa: Máy dán băng keo, Hệ thống tự động, Băng keo ABSTRACT: The manufacture of an automatic gluing machines, designed instead of manual production, in order to increase production productivity, ensure quality, avoid scratches, and ensure aesthetics is an urgent requirement in actual production manufactured by Lixil (100% Japanese capital) The article presents the results of research, design and manufacture of automatic tape sealing machine, the device includes a cluster of storage and feeding mechanisms (Input), a cluster of guiding and gluing mechanisms, a cluster of devices cut the glue and finally the assembly of the finished product (Output) The automation stages put into the machine include inverter control, AC and AC servo motors to always keep the exact cutting position between aluminum bars of 5cm, cylinders to help hold the aluminum bar and sensors used to precisely determine the position of the aluminum bars The research and manufacturing results have been transferred and operated at the enterprise with an output of 30m/min, times higher than manual production, and at the same time reducing manual labor by The device is easy to operate, the accuracy and aesthetics of the product are high, the price is lower than the equipment with the same function KEYWORDS: Tape gluing machine, Automated system, Tape gluing GIỚI THIỆU Công ty Lixil Việt Nam công ty chuyên sản xuất mặt hàng gia dụng, với loại sản phẩm sản xuất công ty Lixil bao gồm: Cửa nhôm, cửa lưới, tản nhiệt, nhơm định hình nhiều sản phẩm khác [1], [2]… Hình Hình Các loại sản phẩm nhôm sản xuất công ty Lixil Hiện công ty Lixil Việt Nam, nhôm với nhiều biên dạng khác công ty gia cơng với số lượng lớn, sau phân phối sử dụng cơng trình xây dựng ngồi nước [3] Hầu hết cơng đoạn quy trình sản xuất cơng ty Lixil Việt Nam tự động hố, nhiên cịn tồn công đoạn dán băng keo làm thủ công Q trình dán băng keo thực thủ cơng với góp mặt người cơng nhân: người thao tác cụm dán tay thay băng keo, Danori với keo loại nhôm; người đưa sản phẩm đầu vào (input); người dán băng keo nhôm; người lấy nhôm đầu (output) cuối người kiểm tra chất lượng sản phẩm (QCDI) Quy trình dán băng keo thủ cơng trình bày chi tiết Hình Hình Quy trình dán băng keo thủ cơng cơng ty Lixil Việt Nam Phương pháp thủ công cho suất thấp, khó đạt độ xác cao, phụ thuộc vào tình trạng sức khỏe, kinh nghiệm, tay nghề cảm nhận chủ quan người công nhân dẫn đến việc dán băng keo bị nhăn, đùn lệch vị trí gây lãng phí vật liệu ảnh hưởng tới thẩm mỹ sản phẩm [3] Để giải vấn đề nêu trên, việc thiết kế chế tạo máy dán băng keo tự động vào sản phẩm cần thiết Và yêu cầu mà công ty lixil (100% vốn Nhật Bản) đưa cho nhóm tác giả Tuy nhiên việc dán băng keo cho loại sản phẩm có đặc thù riêng, phụ thuộc vào hình học Received: Month, day, year Accepted: Month, day, year Phạm Văn Toản, Huỳnh Đức Chấn kích thước sản phẩm, chất dính phủ lên băng keo, suất yêu cầu [4] Khác với quy trình dán băng keo thủ cơng (Hình 2), máy dán băng keo tự động công ty Lixil đặt yêu cầu sau: Các thao tác thiết lập điều khiển thông qua hình HMI; nhơm cấp đưa vào dán băng keo hồn tồn tự động; dán băng keo với 133 biên dạng nhôm khác gọi chung TO (Hình 3); keo dán liên tục lên mặt nhôm lúc cắt; đảm bảo độ thẩm mỹ cho thành phẩm sau dán; có khả dừng khẩn cấp reset lỗi; thời gian hoàn thành sản phẩm 20-30m/phút Phân tích động học: Cụm vận hành dựa cấu: 1) Băng tải động di chuyển chi tiết tới cữ chặn; 2) Hai xi lanh cữ chặn có nhiệm vụ chỉnh cho chi tiết song song với cụm cấu dẫn hướng; 3) Hai xi lanh có nhiệm vụ nâng hai đầu chi tiết; 4) Hai xi lanh có nhiệm vụ đưa chi tiết đặt vào băng tải; 5) Băng tải dây belt; 6) Các động DKM điều khiển băng tải Hình Một số biên dạng nhơm đối tượng nghiên cứu Phân tích từ yêu cầu Cơng ty Lixil, quy trình vận hành máy đề xuất Hình 4, bao gồm khâu: lưu trữ - cấp chi tiết, dẫn hướng - dán băng keo cắt băng keo, cuối thoát thành phẩm Hình Sơ đồ khối máy dán băng keo tự động Trong phần tiếp theo, báo trình bày kết nghiên cứu, thiết kế, ứng dụng đánh giá chất lượng thiết bị sau triển khai công ty Lixil THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY DÁN BĂNG KEO Theo sơ đồ khối Hình Khung máy thiết kế Hình Chúng tơi sử dụng phần mềm Solidworks để mơ phỏng, tính tốn độ bền cấu khung máy [5], [6] Khung máy bao gồm: Hàng rào an toàn (0), Cụm cấu lưu trữ cấp chi tiết (1), Cụm cấu dẫn hướng dán băng keo (2), Cụm cấu cắt băng keo (3) Cụm cấu thành phẩm (4) Hình Thiết kê khung máy 2.1 Cụm cấu lưu trữ cấp chi tiết Cụm cấu lưu trữ cấp chi tiết nhóm nghiên cứu thiết kế với mục đích lưu trữ chi tiết (có tổng cộng 133 loại chi tiết có kích thước khác cơng ty gọi chung TO) đưa chi tiết tới cụm cấu dẫn hướng dán keo Hình Cụm cấu lưu trữ cấp chi tiết Cụm thiết kế với băng tải nhựa PVC có bề mặt vừa đủ trơn bám dính, để khơng làm trầy xước chi tiết trình di chuyển Để điều chỉnh vùng chứa chi tiết cách linh hoạt q trình chỉnh, Nhóm bố trí song song băng tải để dễ dàng thay đổi vùng chứa chi tiết cho phù hợp với TO cần dán băng keo sử dụng hai cữ chặn hai băng tải để chỉnh chi tiết chi tiết đặt lệch vị trí Khi hai cảm biến quang đặt phía trước xilanh chặn nhận tín hiệu lúc hai đầu chi tiết tới cữ chặn, cữ chặn di chuyển xuống chi tiết di chuyển tiếp tục hai cảm biến quang đặt phía sau cữ chặn nhận tín hiệu chi tiết thoát khỏi cữ chặn, cữ chặn tiếp tục di chuyển để chỉnh nhôm tiếp theo, chi tiết di chuyển tới cữ chặn cấu nâng hai cảm biến quang nhận tín hiệu, PLC điều khiển xi lanh nâng lên/ hạ xuống cho phù hợp để đặt chi tiết vị trí Khi nhơm đặt lên băng tải dây belt cảm biến quang nhận tín hiệu lúc băng tải di chuyển chi tiết đến vị trí cấu dẫn hướng dán băng keo Hình 2.2 Cụm cấu dẫn hướng dán băng keo Phân tích động học: Cụm vận hành dựa cấu: 1) Các Rulo dẫn hướng gồm (rulo ngang, dọc nghiêng) giúp định vị chi tiết băng keo cho việc dán băng keo xác; 2) Cơ cấu xi lanh điện gắn vị trí dán băng keo (trên, dưới, hai bên hông nhôm) giúp chỉnh TO cách tự động người dùng chọn hình điều khiển HMI; 3) Động DKM truyền động qua khớp trục tới rulo để dán di chuyển chi tiết Cụm cấu dẫn hướng dán băng keo bố trí nằm nối tiếp với băng tải cấp chi tiết để trực tiếp nhận chi tiết Cụm thiết kế với mục đích dẫn hướng chi tiết theo phương dán băng keo thực dán băng keo cho mặt chi tiết, nên nhóm sử dụng Rulo (ngang, dọc nghiêng) để định hướng chi tiết dán băng keo, đặc điểm cụm Rulo bọc lớp cao su có tính đàn hồi dày 10mm giúp dán băng keo chi Thiết kế, chế tạo máy dán keo tự động tiết có bề mặt phẳng chi tiết có biên dạng gồ ghề khơng để lại bọt khí dán Có rulo ngang làm nhiệm vụ dẫn hướng, hỗ trợ đưa chi tiết vào giữ cho keo bám vào chi tiết theo phương ngang Trong 3/7 rulo thiết kế kèm theo bánh răng, rulo truyền động động có cơng suất 90W thơng qua sợi xích, tốc độ mà rulo nhóm đồng tốc với tốc độ băng tải, từ cung cấp đủ lực để đưa chi tiết vào dán keo Hai rulo thiết kế nằm nhơm để giữ cho keo bám vào bề mặt chi tiết đặc biệt rulo khác với rulo lại điểm di chuyển lên xuống nhờ ray trượt, từ tùy chỉnh làm việc với 133 TO khác Hình Cụm cấu cắt băng keo Hình Cụm cấu dẫn hướng dán keo Có 10 rulo dọc làm nhiệm vụ hỗ trợ dẫn hướng chi tiết giữ cho keo bám vào chi tiết theo phương dọc rulo giữ cố định, rulo cịn lại di chuyển nhờ ray trượt Cuối rulo nghiêng có nhiệm vụ giữ cho keo bám vào chi tiết vị trí khác nhau, rulo đặc biệt đưa vào làm việc chung với TO có biên dạng phức tạp, rulo di chuyển tới nhiều vị trí nhờ ray trượt khung định vị từ tùy chỉnh làm việc với 133 TO có kích thước khác Khi chi tiết cụm lưu trữ băng tải dây belt di chuyển qua cụm dẫn hướng dán băng keo rulo dẫn hướng đưa chi tiết vào vị trí dán Qúa trình hoạt động hệ thống lần đầu tiên, nhân viên cần dán mồi băng keo vào mặt chi tiết sau nhấn nút khởi động để hệ thống tự động làm việc, băng tải di chuyển rulo dẫn hướng để dán băng keo cho mặt chi tiết Hình 2.3 Cụm cấu cắt băng keo Phân tích động học: Cụm vận hành dựa cấu: 1) Encoder đo đếm tốc độ xung/giây dán chi tiết; 2) Động AC servo điều khiển cụm cắt đuổi chi tiết; 3) Động AC servo điều khiển dây nhiệt lên xuống cắt băng keo; 4) Cảm biến từ cảm biến quang nhận biết điểm cắt Nhờ cấu dẫn hướng dán băng keo mà băng keo dán lên chi tiết Nhưng phải đảm bảo yêu cầu việc dán băng keo liên tục khơng ngắt qng bắt buộc cụm cấu cắt băng keo phải cụm cấu di động với tốc độ di chuyển với tốc độ chi tiết Cụm thiết kế với động AC servo di chuyển cụm cắt theo trục X-Y-Z (đuổi trái, phải, cắt lên, cắt xuống) tốc độ di chuyển phụ thuộc vào số xung đo encoder gắn rulo cuối cụm cắt Bộ dây nhiệt Tân Thanh có nhiệm vụ nung nóng sợi dây nhiệt vừa đủ để cắt băng keo Để đáp ứng thời gian cắt nhóm thiết kế cụm cấu cắt đuổi theo điểm cắt để giúp tiết kiệm thời gian giảm thiểu sai số Việc đồng tốc nhơm vị trí cắt băng keo u cầu độ xác cao nên nhóm sử dụng encoder cảm biến để đo tốc độ xác định vị trí nhơm, đồng thời sử dụng động AC servo để điều khiển xác vị trí cụm cắt Khi cảm biến quang cảm biến từ nhận tín hiệu lúc cụm cắt động AC servo điều khiển chạy theo điểm cắt với tốc độ đo tính tốn từ encoder để điều khiển dây nhiệt lên xuống cho phù hợp đảm bảo cắt điểm khoảng cách nhôm trước sau (mỗi bên khoảng 2,5-3cm) Hình 2.4 Cụm cấu thành phẩm Phân tích động học: Cụm vận hành dựa cấu: 1) Băng tải dây belt để vận chuyển chi tiết dán; 2) Hai cảm biến quang nhận biết chi tiết nằm vùng an tồn để lấy nhơm ra; 3) Hai băng tải nhựa PVC xi lanh có cấu tạo tương tự cụm lưu trữ cấp chi tiết; 4) Hai cảm biến quang băng tải để điều khiển tạm dừng hệ thống chờ công nhân lấy chi tiết; 5) Xi lanh nâng chi tiết vị trí băng tải nhựa PVC; 6) Động DKM điều khiển băng tải nhựa PVC Cụm cấu thoát thành phẩm bố trí làm việc vị trí cuối chuỗi băng chuyền với nhiệm vụ đưa thành phẩm di chuyển tới vị trí chờ Hình Cụm cấu thoát thành phẩm Cụm thiết kế gồm băng tải dây belt có bề mặt nhám, chống bám dính trầy xước chi tiết thành phẩm dán Khi điểm cuối chi tiết vừa thoát khỏi cảm Phạm Văn Toản, Huỳnh Đức Chấn biến quang thứ gắn đầu băng tải, băng tải dây belt tăng tốc để dãn cách chi tiết với chi tiết sau, lúc xi lanh nâng chi tiết hai băng tải nhựa PVC nâng chi tiết lên khỏi băng tải dây belt để khơng bị cấn, sau chi tiết đưa đặt lên băng tải PVC băng tải di chuyển tới vị trí chờ cơng nhân lấy chi tiết Trên băng tải nhựa có cảm biến quang chi tiết tới cảm biến mà người cơng nhân chưa lấy chi tiết toàn hệ thống tạm dừng chi tiết thành phẩm lấy 2.5 Hệ thống điều khiển Để đảm bảo độ tin cậy hệ thống hoạt động ổn định môi trường sản xuất, hệ điều khiển tích hợp từ module chuẩn hố PLC (Mitsubishi: PLC FX3U 128MT), biến tần (Mitsubishi: FR - D720 - 0.4kW), biến tần (Mitsubishi: FR - D720 - 2.2kW), AC servo (Mitsubishi: MR – J4 – 10A) cảm biến cơng nghiệp Hình 10 [7], [8] Vận tốc độ di chuyển cụm cắt (mm/s) tính tốn theo biểu thức (5): (5) Trong đó: Vcat: Vận tốc di chuyện cụm cấu cắt; Ne: Số xung Encoder đo được; S: Quảng đường di chuyển; X s: Số xung để servo quãng đường 450 (mm) Chẳng hạn: Encoder đo 11257,5 xung; quãng đường di chuyển 450 mm số xung 32473,72 xung ta tìm tốc độ di chuyển cụm cắt sau: = 155,99 (mm/s) (6) Như cụm cắt cần di chuyển với tốc độ 155,9mm/s để đuổi theo vị trí cắt băng keo Quy trình điều khiển giám sát hệ thống máy dán băng keo tự động trình bày Hình 11 2.5.2 Phần giao diện Đối với máy công nghiệp, để đảm bảo cho việc theo dõi sản lượng, trạng thái hoạt động máy tùy chọn biên dạng khác chi tiết nhóm thiết kế giao diện điều khiển hình HMI Việc cài đặt thơng số tốc độ, độ nhạy cho máy thể giao diện Hình 12 Hình 10 Hệ thống điều khiển máy dán keo Bằng việc lập trình PLC để điều khiển truyền thơng cho biến tần hoạt động đồng tốc với băng tải để đảm bảo động AC servo điều khiển cụm cắt đuổi, cắt vị trí cắt băng keo việc điều khiển tính tốn số xung encoder đo phải xác, theo biểu thức sau: Số xung encoder 500 xung/vịng, đường kính lăn 50mm tỉ lệ truyền động 1:1, chu vi lăn thể biểu thức (1): (mm) (1) Một vòng quay động AC servo 131072 xung/vịng, ta tìm xung vòng quay servo theo chu vi lăn trình bày biểu thức (2): (xung/vịng) (2) Động AC servo có tỉ số truyền động 1:10, sau chuyển đổi ta xung vòng quay servo biểu thức (3): (xung/vòng) (3) Sử dụng bánh 35B12 có chu vi vịng quay 115,6 (mm), để cụm cắt di chuyển quãng đường 450 (mm) servo quay với số vịng theo biểu thức (4): (vòng) là: (4) Vậy số xung để servo quãng đường 450 (mm) (xung) Hình 12 Giao diện điều khiển HMI Thiết kế, chế tạo máy dán keo Hình 11 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống 2.6 Thực nghiệm đánh giá Máy sau hoàn thành tiến hành thử nghiệm đánh giá với số lượng sản phẩm Bảng Bảng Thử nghiệm đánh giá Ngày Số loại TO Số lượn g TO Số lương TO bị lỗi % TO bị lỗi Nguyên nhân 29/9/21 500 0 30/9/21 700 0.14 Loại TO 3B399 dẻo võng nên cấu cấp chi tiết máy chưa đáp ứng tốt 0.1 loại TO (2G912, 10605A, 2Y748) có biên dạng tương đối khó dán thao tác 1-5/9/21 32 3000 Đánh giá khắc phục Các loại TO tương đối dễ dán tiếp tục thử nghiệm với TO có hình dạng kích thước khác Trao đổi với công ty để thay TO tương tự Hướng dẫn lại thao tác chỉnh băng keo rulo cho phận kĩ thuật công ty Phạm Văn Toản Huỳnh Đức Chấn 6-17/9/21 37 4000 0.05 18-21/0/21 21 2500 0.04 22-25/9/21 20 2500 0 26-28/9/21 3000 0 TO 4S644 va vào cụm cắt thao tác chỉnh dẫn hướng, TO 5Y672 bị băng keo nhiệt độ dây cắt cao khiến cháy băng keo TO 3B399 không cắt băng keo lỗi chỉnh cảm biến bắt điểm cắt Đánh giá chất lượng sản phẩm đạt dựa vào tiêu chí sau: Độ chặt, độ xác tốc độ dán băng keo Ngoài ra, chi tiết thành phẩm sau dán băng keo phải đảm bảo tính thẩm mỹ, băng keo dính sát vào nhơm khơng gồ ghề khơng để lại bọt khí sau dán, Hình 13b Hình 13a Dán thủ cơng Hình 13b Dán máy KẾT LUẬN Hình ảnh máy dán băng keo tự động thiết kế, chế tạo sử dụng thực tế Công ty Lixil thể Hình 14 Hình 14 Máy dán băng keo hồn chỉnh Máy có tính kỹ thuật sau: Lưu trữ cấp chi tiết, dẫn hướng dán keo; cắt băng keo cuối thoát thành phẩm với sai số không 0,2%; Thời gian hồn thành 30m/phút sản phẩm, giảm nhân cơng thực tay Năng xuất tăng thêm 25 lần; Thiết bị có cấu trúc nhỏ gọn, vận hành đơn giản Thiết bị tự động đảm bảo suất cao, tính thẩm mỹ dán băng keo xác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] cua https://havacovn.com/goc-tu-van/cac-loai-nhom-lam- Căn chỉnh lại cấu rulo dẫn hướng điều chỉnh lại nhiệt độ dây nhiệt Căn chỉnh lại cảm biến bắt điểm cắt Các TO dán đạt chuẩn đẹp Đạt yêu cầu công ty đề ra, tiến hành bàn giao máy [2] https://tongkhomaynhom.com/dan-may-san-xuat-cuanhom-tieu-chuan/ [3] https://www.youtube.com/watch?v=ysgOVB4eXzI/ máy dán team cữa nhôm tự động [4] Phan Nhu Quan, Pham Van Toan, Design and Manufacture of Automatic Plastic Edge Banding Machine, JSLHU 2020, pp 085-088 [5] Automatic aluminum bar gluing Machine 2020; Available from: https://www.alibaba.com/trade/search? fsb=y&IndexArea=product_en&CatId=&SearchText=a utomatic+aluminum+bar+gluing+machine [6] Solidworks Essentials, 507 trang 2010: NXB Thời Đại [7] Mitsubishi programming manual Available from: http://dl.mitsubishielectric.com/dl/fa/document/ manual/plc_fx/jy992d88101/jy992d88101e.pdf [8] PLC mitsubishi Available from: https://plcmitsubishi.com/, 2021